Las células del género Azotobacter son relativamente grandes para bacterias (1-2 μm de diámetro).

En preparaciones microscópicas, las células se pueden dispersar o formar grupos irregulares u ocasionalmente cadenas de longitudes variables.

La forma de la célula se ve afectada por el aminoácido glicina que está presente en el medio nutritivo peptona.

A principios del siglo XX, las inclusiones coloreadas eran consideradas como "granos reproductivos", o gonidios - una especie de células embrionarias.

[5]​ Sin embargo, se demostró más tarde que los gránulos no participan en la división celular.